KR20060107527A - 비철 및 경금속 벨트주조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일-벨트 또는 트윈-벨트 주조장치에 사용하기 위한 주조 벨트에 관한 것으로서, 주조 벨트는 AA5XXX 및 AA6XXX 시스템으로부터 선택된 합금과 같은 알루미늄합금으로 제조되며, 바람직하게는 1 내지 2 mm의 두께를 가지며, 본 발명의 알루미늄 주조 벨트는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 및 이들의 합금, 특히 Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Fe-Si 및 Al-Fe-Mn-Si 합금 시스템과 같은 비철 및 경금속을 주조하는데 적합하며, 본 발명의 알루미늄 주조 벨트를 이용하는 벨트 주조기 및 공정에 관한 것이다.
Description
본 발명은 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 및 이들의 합금과 같은 비철 및 경금속을 주조하는데 사용된 벨트주조기에 채용된 주조벨트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 양호한 열적 및 다른 물리적 특성을 갖는 재료로 제조된 금속주조벨트에 관한 것이다.
트윈-벨트 주조기는 많은 시간동안 금속을 주조하는데 사용되어 왔다. 이들 종류의 기계에 있어서, 레이스-트랙 패턴(race-track pattern)으로 회전하는 무한 벨트는 하나가 다른 하나 위에 위치되며(또는 어떤 경우에 있어서 서로 평행함), 이들 사이에 몰드를 형성하도록 서로 밀접하게 인접하여 위치된 각 벨트는 일반적으로 평면 평행 활주한다. 용탕(molten metal)은 한쪽 단부에서 몰드내로 도입되며 이 용탕은 이동 벨트면에 의해 몰드를 통해 인발된다. 용탕으로부터의 열은 벨트를 통해 전달되며, 이 전달은 몰드 구역에서의 벨트의 대향 측면상에 작용하는 워터 스프레이와 같은 냉각 수단에 의해 지원된다. 이어서, 용탕은 용탕이 몰드를 통과할 때 고형화되며, 고체 금속 슬래브 또는 스트립은 몰드의 대향 단부로부터 배출된다. 예를 들면, 이러한 종류의 개선된 주조기는 본 출원과 동일한 특허권자 에게 1977년 2월 22일 및 1977년 12월 6일에 각각 특허등록된 미국특허 제4,008,750호 및 제4,061,177호에 개시되어 있다. 또한, 주조기는 본 출원과 동일한 특허권자에게 1980년 3월 18일에 등록된 미국특허 제4,193,440호 및 본 출원과 동일한 특허권자에게 2001년 8월 7일에 출원된 국제출원공개 제WO 02/11922호에 개시된 바와 같이 고능률 냉각제 적용시스템을 사용한다. 이들 공보의 모두에 개시된 사항은 참조로 본 명세서에 편입된다.
고능률 냉각제 적용시스템을 구비한 이들 주조기는 주조벨트 배후에 얇고 고속인 냉각제 스트림을 생성하는 것에 의해 작동된다. 이는 냉각제와 벨트 사이에서 가장 최대의 열 전달계수를 얻는다. 또한, 벨트는 풀리 사이에 지지되기 보다는 주조의 임계영역에서의 냉각제층상에 "플로트(float)"된다.
이 종류의 주조기에서 사용된 벨트는 집합조직 강(textured steel) 또는 덜 일반적이지만 구리로 통상 제조된다. 이러한 재료는 본 출원과 동일한 특허권자에게 1997년 6월 10일에 등록된 미국특허 제5,636,681호에 개시되어 있다. 또한, 1990년 4월 10일에 등록되고 하젤렛 스트립-캐스팅 코퍼레이션에 특허된 미국특허 제4,915,158호에는 세라믹 코팅을 위한 백킹(backing)을 제공하는 구리 벨트가 개시되어 있다. 그러나, 이들 재료로 제조된 벨트(특히 구리로 제조된 벨트)는 제조하는데 고가이며, 구리 벨트는 "소성(plastic set)"(즉, 외부 지지 시스템의 조정 또는 결여에 의한 비틀림)에 영향을 받기 쉽다. 더욱이, 강 벨트는 어떤 종류의 비철 및 경금속 합금을 주조하는데 적합한 열전도율을 갖는 경향이 있는 반면, 구리 벨트는 다른 종류의 비철 및 경금속 합금에 대한 적절한 열전도율을 갖는다. 예를 들면, 집합조직된(즉, 쇼트-블라스트된) 강 벨트는 핀(fin) 또는 호일 합금(foil alloy)과 같은 비교적 짧은 응고온도범위의 알루미늄합금에 많이 사용되는 반면, 구리 벨트는 표면임계적용, 즉 정상보다 긴 응고온도범위를 갖는 자동차용 알루미늄합금에 대해 요구된다. 구리 벨트의 높은 히트 플럭스(heat flux) 능력을 이용하는 이러한 자동차용 합금을 주조하기 위한 공정은 본 출원과 동일한 특허권자에게 1997년 4월 1일에 등록된 미국특허 제5,616,189호에 개시되어 있다. 상기 문헌에는, 4.5 MW/m2 보다 높은 히트 플럭스가 적합한 것으로 발견되었으며, 이러한 히트 플럭스는 일반적으로 구리 벨트의 사용을 요구한다. 다른 긴 응고온도범위 합금은 예를 들면 레온 등의 알칸 벨트 캐스팅 미니-밀 프로세스에 더 높은 히트 플럭스(5 MW/m2 초과)에서 주조되는 것이 바람직하다고 개시되어 있다.
그러나, 구리 벨트의 높은 열전도율 때문에, 상기 벨트는 "쉘 비틀림"(낮은 열전달영역에 인접하여 형성된 높은 열전달영역으로부터 얻어진 잉곳 단면 변형, 즉 고르지 않은 열 제거에 의한)으로서 언급된 주조결함의 개시로 인해 경량 게이지 합금을 주조하는데 사용될 수 없다. 따라서, 주조장치가 다양한 비철 금속 합금을 주조하는데 사용되는 경우, 이 주조장치는 주조 작업 동안 벨트를 강에서 구리로 변경하거나 또는 그 반대로 할 필요가 있다. 이는 시간소모, 고비용 및 까다로운 것이다. 현재, 전술한 형태의 주조기는 광범위한 처리량으로 작동하며 또한 높은 히트 플럭스에서 쉽게 작동할 때 바람직한 것이다.
더욱이, 본 출원인은 집합조직 강 벨트는 구리 벨트와는 다른 이형제 (parting agent) 적용시스템(회전 분무 벨과 클리닝 박스에 대한 브러시)의 사용을 요구한다는 것을 발견하였으며, 이는 합금 시스템을 변경할 때 이형제 적용시스템을 변경시킬 필요가 있다. 1968년 12월 3일에 등록된 에이.알 랑거의 미국특허 제3,414,043호에는 개량 단일-사용 스트립(advancing single-use strip) 사이에 형성된 몰드에서의 주조공정이 개시되어 있다. 스트립은 용탕(확인되지 않음)으로서 동일 재료로 제조되지만, 스트립 재료는 최종 제품내로 일체화될 수 있어 벨트 주조기에 대해 분명하게 적합하지 않다.
따라서, 전술한 형태의 벨트 주조기에 사용된 벨트의 개선이 필요하다.
본 발명의 목적은 집합조직 강 및/또는 구리로 제조된 종래의 벨트보다 용이하게 제조하고 사용할 수 있는 벨트 주조기용 벨트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광범위한 합금 형태를 주조하고 벨트의 합금 형태를 변경하지 않고 광범위한 열 제거속도로 작동되는 주조기용 벨트를 제공하는 것이다.
본 발명의 한가지 관점에 따르면, 금속 스트립을 연속적으로 주조하기 위한 연속 벨트주조장치에 있어서, 주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 갖는 하나 이상의 이동가능한 무한벨트: 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 무한벨트를 전진시키기 위한 수단: 상기 주조 캐비티내로 용탕을 주입하기 위한 수단: 및 주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 무한벨트를 냉각하기 위한 수단을 포함하며, 상기 하나 이상의 무한벨트는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 용탕을 스트립 형상으로 주조하는 방법에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조되며, 주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 갖는 하나 이상의 주조벨트를 제공하는 단계, 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 주조벨트를 연속적으로 전진시키는 단계, 용탕을 주조 캐비티의 흡입구에 공급하는 단계, 주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 주조벨트를 냉각하는 단계, 및 얻어진 주조 스트립을 주조 캐비티의 배출구로부터 연속적으로 수집하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 연속주조장치에 사용되는 주조 벨트에 있어서, 주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 구비한 하나 이상의 이동가능한 무한벨트: 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 무한벨트를 전진시키기 위한 수단: 상기 주조 캐비티내로 용탕을 주입하기 위한 수단: 및 주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 무한벨트를 냉각하기 위한 수단을 포함하며, 상기 주조 벨트는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조된다.
본 발명에 있어서, 주조 벨트는 바람직하게는 1 내지 2 mm의 두께를 가지며, 바람직하게는 AA5XXX 및 AA6XXX 합금 시스템에서 선택된 금속으로 제조된다. 또한, 본 발명의 주조 벨트는 바람직하게는 100 MPa 이상의 항복강도와 120 W/m-K 보다 큰 열전도율을 갖는다.
본 발명의 주조 벨트는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 및 이들의 합금, 특히 Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Fe-Si 및 Al-Fe-Mn-Si 합금 시스템과 같은 비철 및 경금속을 주조하는데 사용될 수 있다.
알루미늄 벨트는 현대 벨트 주조기에서 요구된 가요성 벨트 주조작업에 대해 적합한 유일무이한 특성을 갖는 것을 발견하였다. 이러한 주조기에 있어서, 벨트는 냉혹한 열응력 하에서 안정성(영구변형이 없는)을 유지하는 것이 요구되며, 냉각제 층상에 "플로팅" 되더라도 주조 캐비티의 상류단에서의 유입곡면을 따르도록 요구된다. 이러한 성능을 달성하는데 요구된 특성의 조합은 복잡하며, 예를 들면 재료 열전도율, 강도, 모듈 및 열팽창계수에 의존한다.
본 발명의 알루미늄합금 벨트는 강 또는 구리 벨트보다 용이하게 제조(저가)할 수 있는 이점을 가진다. 알루미늄 벨트는 종래의 구리 벨트보다 낮은 "소성"을 받는다. 소성은 금속 스트립 또는 벨트가 열비틀림력을 받을 때 영구변형이 일으나는 성향이다. 소성 저항 벨트는 열비틀림 응력을 받을 때 그들의 원래 형상으로 탄성적으로 복귀한다. 소성에 대한 저항을 조력하는 높은 값의 특정 강성(stiffness)(영률/밀도) 및 특정 강도(strength)(항복강도/밀도)에 의해 소성이 지배되는 것으로 믿어진다. 알루미늄합금은 이러한 관점에서 구리에 대해 일반적으로 우수하다. 특히, 알루미늄합금 벨트는 소성에 대한 저항을 확실하게 하는 100 MPa 보다 큰 항복강도를 갖는다.
알루미늄 벨트는 Al-Fe-Si 또는 Al-Fe-Si-Mn 형태의 핀 및 호일 합금과 같은 어떠한 합금에 개선된 표면 품질을 부여할 수 있으며, 강 또는 구리 벨트보다 폭넓은 주조성을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 합금은 "짧은 응고온도범위 합금"으로 종종 언급되며, 과거에 벨트주조시 존재하는 어떠한 문제점을 가지고 있었다. 이들 벨트로 주조된 주조 슬래브는 쉘 비틀림으로부터는 자유롭지만 불연속 표면 편석층을 가진다. 이들 합금이 구리 벨트로 제조된다면, 표면 품질은 양호하지만 슬래브 내부 품질은 쉘 비틀림 때문에 적합하지 않다. 호일 합금이 알루미늄 벨트로 제조된 경우, 얻어진 슬래브는 표면 편석과 쉘 비틀림으로부터 자유로웠다. 또한, 알루미늄 벨트는 구리 벨트로 제조된 주물에서 발견된 쉘 비틀림의 양을 감소시키는 것에 의해 Al-Mg 및 Al-Mg-Si 자동차용 합금의 표면 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연속 트윈-벨트 주조기의 개략 측면도,
도 2는 도 1의 주조기의 배출부의 확대도,
도 3은 용탕이 주조 캐비티내로 도입되는 구역에서의 트윈-벨트 주조기의 확대 부분단면도,
도 4a및 도 4b는 호일 합금의 생주물 슬래브의 표면 편석의 알루미늄 벨트 대 강 벨트의 효과를 도시하는 현미경 사진,
도 5a및 도 5b는 도 4a 및 도 4b와 동일한 호일 합금의 생주물 슬래브의 내부 구조의 알루미늄 벨트 대 구리 벨트의 효과를 도시하는 방사선 사진,
도 6a 및 도 6b는 Al-Mg 합금의 생주물 슬래브의 내부 구조의 알루미늄 벨트 대 구리 벨트의 효과를 도시하는 방사선 사진,
도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b와 동일한 합금의 생주물 슬래브의 표면 구조의 알루미늄 벨트 대 구리 벨트의 효과를 도시하는 광학 사진 및
도 8a 및 도 8b는 Al-Mg-Si 합금의 생주물 슬래브의 표면 구조의 알루미늄 벨트 대 구리 벨트의 효과를 도시하는 광학 사진이다.
도 1 및 도 2는 용융 알루미늄 합금과 같은 용탕을 스트립 형상으로 연속주조하기 위한 트윈-벨트 주조기(10)를 (간략하게) 도시한다. 또한 본 발명은 본 명세서에 참조로 편입된 미국특허 제4,061,177호 및 제4,061,178호에 개시된 주조 벨트에 적용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 원리는 또한 단일 벨트주조시스템의 주조 벨트에 훌륭하게 실행될 수 있다. 도 1 및 도 2의 연속벨트주조기의 구조 및 동작을 이하에 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 주조기(10)는 한쌍의 무한 가요성 주조 벨트(12, 14)를 포함하며, 각 벨트는 한쪽 단부는 상부 풀리(16)와 하부 풀리(17)에 의해 이송되며, 다른쪽 단부는 상부 액체 베어링(18)과 하부 액체 베어링(19)에 의해 이송된다. 각 풀리는 주조기의 지지 구조체상에 회전가능하게 장착되며, 적절한 구동수단에 의해 구동된다. 간략화를 위해, 지지 구조체와 구동 수단은 도 1 및 도 2에 도시되지 않는다. 주조 벨트(12, 14)는 이들 사이, 즉 벨트의 인접한 주조면(casting surface) 사이에 주조 캐비티(casting cavity)(22)(또한, 몰드로서 언급됨)를 형성하는 구역을 통해 실질적으로 동일 속도로 서로 실질적으로 평행하게(바람직하게는 적은 수렴각도) 활주하도록 구성되어 있다. 주조 캐비티(22)는 주조되는 금속 스트립의 소망 두께에 따라 폭이 조절될 수 있다. 용탕은 유입구(25)를 통해 화살표(24) 방향으로 주조 캐비티(22)내로 연속적으로 공급되며, 벨트는 예를 들면 배면상의 냉각제 액체(20)의 직접 충돌에 의해 그들의 배면에서 냉각 된다.
도시된 장치에 있어서, 주조되는 용탕의 경로는 주조 캐비티의 유입구(25)로부터 배출구(26)로 약간 아래로 경사지지만 실질적으로 수평이다.
용탕은 주조 캐비티(22)의 유입구(25)에 배치된 적절한 출탕통(launder) 또는 트로프(trough)(도시되지 않음)에 의해 주조 캐비티(22)로 공급된다. 예를 들면, 본 출원과 동일한 특허권자에게 양도된 미국특허 제5,636,681호에 개시된 용탕 주입기가 주조기(10)에 용탕을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 주조기의 가장자리에 주조 캐비티(22)의 밀봉체를 형성하도록 주조기의 각 측면에 에지 댐(edge dam)이 설치될 수 있다. 주조기의 작동에 있어서, 주조 캐비티(22)의 유입구(25)에 공급된 용탕은 벨트(12, 14)의 연속동작에 의해 주조 캐비티(22)를 통해 주조 캐비티의 배출구(26)로 전진한다. 주조 캐비티(이동 몰드)(22)를 따라 이동하는 동안, 금속으로부터의 열은 벨트(12, 14)를 통해 전달되어, 공급된 냉각제(20)에 의해 제거되며, 따라서 용탕은 벨트의 주조면과 접촉하며 그의 상부 및 하부면으로부터 내부로 점진적으로 고화되기 시작한다. 용탕은 주조 캐비티의 배출구(26)에 도달하기 전에 완전히 고화되며, 벨트(12, 14)의 주조면에 의해 형성된 주조 캐비티(22)의 폭에 의해 결정된 두께의 연속적인, 고체, 주조 스트립(30)(도 2)의 형태로 화살표 "27"로 도시된 방향으로 배출구(26)로부터 배출된다. 주조 스트립(30)의 폭은 주조 벨트(12, 14)의 폭에 대응한다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 또는 알루미늄합금은 트윈-벨트주조기(10)용 주조 벨트(12,14)에 대한 재료로서 사용되며, 특히 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 또는 이들의 합금과 같은 비철 및 경금속의 주조에 대해 사용되어진다. 대분분의 알루미늄합금이 벨트 재료로 적합하지만, 벨트의 재료로 가장 적합한 알루미늄합금은 Al-Mg(AA5XXX 형태) 또는 Al-Mg-Si(AA6XXX 형태)의 합금이 특히 적합하며, 그 이유는 이들은 안정된 히트 플럭스(heat flux)의 광범위한 가능성을 제공하며, 따라서 다중 제품 형태에 대해 사용되며 및/또는 주조 속도의 범위에 걸쳐 작동된 주조기에서 가장 적합하다. 특히 바람직한 합금은 AA5754, AA5052 및 AA6061이다.
일반적으로, 변형 경화 또는 열처리로 적절한 게이지 및 양호한 항복강도(바람직하게는 적어도 100 MPa)의 쉽게 용접가능한 어떠한 알루미늄 합금이 채용될 수 있다. 본 발명의 벨트는 1 내지 2 mm 범위의 두께로 보통 제조되지만, 더 얇고 더 두꺼운 벨트가 특정 적용을 위해 제공될 수 있다.
알루미늄합금으로 제조된 벨트가 유사한 금속을 주조하는데 사용될 수 있다는 사실은 놀라운 것이다. 강과 구리와 비교하여 알루미늄의 높은 열적 팽창에 의한 충돌 용융 알루미늄에 의해 벨트의 배면이 냉각된 알루미늄 벨트의 열적 비틀림은 주조 잉곳의 표면 품질을 악화시킬 수 있다고 본 발명의 발명자는 믿었다. 그러나, 벨트의 단면을 통해 충분한 냉각이 제공될 때, 즉 벨트의 후면상에 냉각 노즐로부터 분출하는 워트 제트(바람직하게는 고속으로 유동하는)에 의해 공급될 때, 알루미늄합금 벨트는 비철 및 경금속의 주조에 효과적이고 안전하게 사용될 수 있다. 더욱이, 이형제의 사용과 적절한 벨트인장은 고품질의 안전한 주조 공정의 존재를 허용한다.
집합조직 강 벨트에서 보통 주조된 핀 및 호일 합금은 알루미늄 합금 벨트로 보다 더 나은 표면 품질로 주조될 수 있다는 것은 놀라운 발견이다. 전형적으로, 이들 핀 및 호일 합금은 Al-Fe-Si 또는 Al-Fe-Mn-Si 시스템이며, 이하의 조성을 갖는다: 0.06 내지 2.2 wt%의 Fe, 0.05 내지 1.0 wt%의 Si 및 최대 1.5 wt%의 Mn.
또한, 다른 합금에 대한 강과 구리 벨트의 전환 대신에 한가지 형태의 벨트로 짧은 응고온도범위의 Al-Fe-Si 합금과 긴 응고온도범위의 Al-Mg 합금과 같은 광범위한 알루미늄 합금을 주조할 수 있는 능력을 알루미늄 벨트는 제공한다. 본 발명의 벨트로 주조될 수 있는 알루미늄합금의 종류는 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄합금 벨트는 벨트가 비틀리고, 연해지거나 또는 용융되기 시작하는 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하도록 냉각부가 위치되기 때문에 유사한 용탕을 주조하기 위해 채용될 수 있다. 도 3은 금속 주조시 벨트주조기에서의 주조 벨트의 단면도를 도시한다. 벨트의 비평탄도는 시각화의 편의를 위해 이 도면에서는 과장되게 도시되어 있다. 도 3에 있어서, 용융 비철 및/또는 경금속(32)(예컨대, 알루미늄합금)은 얇은 가스층(40)에 의해 벨트의 주조면(36)으로부터 분리되어 잔류하는 금속을 제외하고는 노즐(34)의 단부로부터 이동 주조 벨트(38)의 주조면(36)상에 주입된다. 또한, 벨트 표면은 가스층으로부터 벨트를 분리하는 이형제, 예를 들면 액체 폴리머층 또는 흑연분말층의 층(42)을 갖는다. 본 발명에 있어서 액체 이형제의 사용이 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 이형제층은 절연가스층(40)을 형성하는데 일조한다. 주조면(36)에 대한 벨트(38)의 대향 측면상에는 냉각수의 층(44)이 충분한 냉각을 달성하도록 벨트와 접촉된다. 트윈-벨트 주조기의 경우에 있어서 동일 구조가 용탕(32)의 상부에 존재 하지만, 이 구조는 도 3에는 도시되지 않는다.
주조면(36)은 가스층(40)에 의해 금속의 고온으로부터 충분히 보호되고, 이형제층(42)에 의해서도 어느 정도 보호된다. 따라서, 벨트의 금속은 비틀림 또는 용융의 문제를 일으키는 고온을 결코 받지 않는다. 냉각제는 어떠한 종래의 수단에 의해 벨트의 배면에 공급되어 충분한 열추출을 벨트에 제공하며, 이는 벨트의 뜨거운 표면 온도를 120℃ 미만으로 유지하며, 벨트를 가로질러 강하하는 온도는 90℃ 미만이다. 미국특허 제4,193,440호에 개시된 냉각제 적용 장치는 매우 균일한 방식으로 충분한 냉각을 제공할 수 있다.(이 특허의 개시내용은 참조로 본 명세서에 편입한다)
전술한 바와 같이, 알루미늄합금은 강 및 구리의 중간정도의 열전도율을 갖는다. 벨트의 열전도율은 주조공정에서 중요한 인자이다. 열전도율이 낮으면, 금속은 주조 몰드에서 느리게 냉각된다. 열전도율이 높으면, 금속은 빠르게 냉각된다. 용탕(히트 플럭스)으로부터 인출되는 열의 속도는 어느 정도 벨트의 열전도율에 의존한다. 일반적으로, 특정 형태의 합금에 대해, 적절한 제품 품질을 얻는 히트 플럭스의 범위가 있다. 이 범위의 대략 중간 범위의 히트 플럭스를 형성하는 벨트는 합금 형태를 주조하기 위한 가장 적합한 것으로 생각된다. 짧은 응고온도범위 합금에 대해, 알루미늄합금으로 제조된 벨트는 중간 히트 플럭스를 형성하며, 따라서 이 형태의 합금을 주조하기 위한 가장 적합한 것이 된다. 구리 및 강 벨트는 히트 플럭스의 소망 범위의 어느 한쪽 말단에서 효과적으로 작동하는 경향을 가지며, 따라서 다른 조성의 합금을 수용하기 위해 벨트의 전환을 요구하는 반면, 알 루미늄합금 벨트는 표시된 형태의 모든 합금에 대해 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 형태의 벨트 주조기에 있어서, 임계 작동 파라미터는 하급 주조를 얻으며, 주조 벨트의 교체가 필요한 벨트의 영구적인 변형전에 유지될 수 있는 최대 히트 플럭스이다. 최대 유지가능한 히트 플럭스는 냉각제와 벨트 사이의 열전달에 의존한다. 전형적으로, 열전달계수는 위치(location)에 따라 10 내지 60 kW/m-K의 범위일 수 있다. 표 1은 이 열전달계수 범위와 동일 작동 조건(벨트 두께 포함) 하에서의 서로 다른 재료의 벨트에 대해 가능한 유지가능한 히트 플럭스의 범위를 나타낸다. Al-Mg 형태 및 Al-Mg-Si 형태의 알루미늄합금 벨트, 미국특허 제4,915,158호에 개시된 것과 같은 전형적인 강 벨트, 구리 벨트 재료가 표 1에 도시되어 있다.
알루미늄 벨트에 대해, 바람직한 열전도율은 120 W/m-K 보다 크며, 바람직한 항복강도는 100 MPa 보다 커야한다. 표 1에서의 알루미늄합금은 이들 바람직한 한계를 모두 초과한다. 이 표에 나타낸 바와 같이, 알루미늄합금 벨트는 강보다 폭넓은 임계 히트 플럭스 범위를 제공하며, 낮은 응고온도범위 합금의 최대 주조 작동이 실행되는 영역에서의 구리 범위와 겹쳐진다.
| 합금 | 영구 비틀림에 대한 임계 히트 플럭스(MW/m2) |
| 강 | 2.7 - 6.0 |
| AA5754-H32 | 1.9 - 5.9 |
| AA6061-T6 | 2.8 - 9.5 |
| 구리 | 2.1 - 9.4 |
물론, 이 성능은 코팅, 이형층 및 표면 양극처리와 같은 벨트로의 다른 마무리에 의해 더 변경(최대 히트 플럭스의 감소)될 수 있다. 벨트가 집합조직면(textured surface)을 갖는 것이 또한 바람직하다.
본 발명은 이하의 실시를 참조하여 더 설명된다. 이 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하지 않는다.
실시예
1
전형적인 Al-Fe-Si 호일 제품(AA1145)에 대해 사용된 알루미늄합금은 트윈 벨트 테스트 베드에서 알루미늄합금 AA5754의 0.060 인치 두께의 각 벨트로 10 mm 두께로 주조하였다. 벨트는 약 25 마이크로-인치 Ra(표면거칠기값 Ra는 산술 평균 표면거칠기임)의 홈을 횡단하여 측정된 거칠기를 갖는 실질적으로 길이방향 홈을 제조하기 위해 표면에 그라인딩 벨트를 적용하는 것에 의해 집합조직되었다. 또한, 샘플은 과다 집합조직된 강 및 약하게 집합조직된 구리 벨트로 주조하였다. 강 및 알루미늄 벨트로 주조한 재료의 표면 현미경사진을 도 4a 및 도 4b에서 비교하였으며, 표면 편석층의 생산이 얻어진 강 벨트(도 4a), 표면 편석층이 없는 알루미늄 벨트(도 4b)를 도시한다. 구리 및 알루미늄 벨트로 제조된 주조 슬래브의 내부의 방사선 사진은 도 5a 및 도 5b에 각각 비교되어 있으며, 재료에 쉘 비틀림(광 밴드에 의해 둘러싸인 영역으로 표시된 부분)이 도입된 구리 벨트(도 5a), 쉘 비틀림이 없는 알루미늄 벨트(도 5b)를 도시한다.
실시예
2
자동차 용도로 전형적으로 사용되는 알루미늄 Al-Mg(AA5754) 합금은 트윈 벨트 테스트 베드에서 알루미늄합금 AA5754의 0.060 인치 두께의 각 벨트로 10 mm 두께로 주조하였다. 벨트는 실시예 1에 기술한 바와 같이 집합조직이다. 또한, 비교 샘플은 약하게 집합조직된 구리 벨트로 주조하였다. 강 벨트로 주조할 때 표면 품질이 과도하게 낮은 것은 강 벨트로 주조하지 않았다. 구리 및 알루미늄합금 벨트로 생산된 주조 슬래브의 내부의 (두께 X-ray 청사진을 통한) 방사선 사진을 도 6a 및 도 6b에서 각각 비교하였으며, 재료에 쉘 비틀림(방사선 사진에서 밝은 패치로서 나타나는 영역)이 도입된 구리 벨트(도 6a), 쉘 비틀림이 없는 알루미늄 벨트(도 6b)를 도시한다. 또한, 광학 이미지를 2개의 주조 표면으로 만들었으며, 도 7a 및 도 7b에 각각 구리 및 알루미늄 벨트로 생산된 슬래브에 대해 비교하였다. 도 7a는 이 형태의 주조기에서의 구리 벨트의 사용으로부터 얻어지는 쉘 비틀림의 원형표면결함특성을 도시하며, 도 7b는 알루미늄 벨트의 사용으로부터 얻어지는 무결점 표면을 도시한다.
실시예
3
자동차 용도로 전형적으로 사용되는 알루미늄 Al-Mg-Si(AA6111) 합금은 트윈 벨트 테스트 베드에서 알루미늄합금 AA5754의 0.060 인치 두께의 각 벨트로 10 mm 두께로 주조하였다. 벨트는 실시예 1에 기술한 바와 같이 집합조직이다. 또한, 비교 샘플은 약하게 집합조직된 구리 벨트로 주조하였다. 강 벨트로 주조할 때 표면 품질이 일반적으로 낮은 것은 강 벨트로 주조하지 않았다. 광학 이미지를 2개의 주조 표면으로 만들었으며, 도 8a 및 도 8b에 각각 구리 및 알루미늄 벨트로 생산된 슬래브에 대해 비교하였다. 도 8a는 이 형태의 주조기에서의 구리 벨트의 사용으로부터 얻어지는 표면 품질을 도시하며, 도 8b에 도시된 바와 같은 알루미늄 벨트의 사용으로부터 얻어지는 것보다 더 낮다.
본 발명을 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 기술하였지만, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
Claims (22)
- 금속 스트립을 연속적으로 주조하기 위한 연속 벨트주조장치에 있어서,주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 갖는 하나 이상의 이동가능한 무한벨트,상기 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 무한벨트를 전진시키기 위한 수단,상기 주조 캐비티내로 용탕을 주입하기 위한 수단, 및주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 무한벨트를 냉각하기 위한 수단을 포함하며,상기 하나 이상의 무한벨트는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트는 1 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 알루미늄합금은 AA5XXX 및 AA6XXX 합금 시스템으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 알루미늄합금은 AA5754, AA5052 및 AA6061로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트는 100 MPa 이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트는 120 W/m-K 보다 큰 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 장치는 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조된 2개의 상기 무한벨트를 갖는 트윈 벨트주조기인 것을 특징으로 하는 연속 벨트주조장치.
- 용탕을 스트립 형상으로 주조하는 방법에 있어서,알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조되며, 주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 갖는 하나 이상의 주조벨트를 제공하는 단계,상기 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 주조벨트를 연속적으로 전진시키는 단계,용탕을 상기 주조 캐비티의 흡입구에 공급하는 단계,상기 주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 주조벨트를 냉각하는 단계, 및얻어진 주조 스트립을 주조 캐비티의 배출구로부터 연속적으로 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 용탕을 몰드에 공급하는 단계는 용융 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 또는 이들의 합금을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 용탕을 주조 캐비티에 공급하는 단계는 용융 알루미늄 또는 알루미늄합금을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 용탕을 주조 캐비티에 공급하는 단계는 Al-Fe-Si 또는 Al-Fe-Mn-Si 합금을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 용탕을 주조 캐비티에 공급하는 단계는 Al-Mg 또는 Al-Si-Mg 합금을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 하나 이상의 벨트가 상기 주조 캐비티를 통해 전진되기 전에 상기 주조면에 이형제를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트로서 1 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 벨트를 제공하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트로서 AA5XXX 또는 AA6XXX 합금 시스템의 알루미늄합금으로 제조된 벨트를 제공하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 주조 벨트로서 100 MPa 이상의 항복강도를 갖는 벨트를 제공하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 하나 이상의 주조 벨트로서 120 W/m-K 보다 큰 열전도율을 갖는 벨트를 제공하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
- 연속주조장치에서 사용되는 주조 벨트에 있어서,주조 캐비티를 적어도 부분적으로 형성하는 주조면을 구비한 하나 이상의 이동가능한 무한벨트,상기 주조 캐비티를 통해 상기 하나 이상의 무한벨트를 전진시키기 위한 수단,상기 주조 캐비티내로 용탕을 주입하기 위한 수단, 및주조 캐비티를 통과할 때 상기 하나 이상의 무한벨트를 냉각하기 위한 수단을 포함하며,상기 주조 벨트는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 주조 벨트.
- 제 18 항에 있어서,상기 주조 벨트는 1 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 벨트.
- 제 18 항에 있어서,상기 주조 벨트에 채용된 상기 알루미늄합금은 AA5XXX 및 AA6XXX 합금 시스템으로부터 선택된 합금인 것을 특징으로 하는 주조 벨트.
- 제 18 항에 있어서,상기 주조 벨트는 100 MPa 이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 벨트.
- 제 18 항에 있어서,상기 주조 벨트는 120 W/m-K 보다 큰 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 벨트.
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